KR20120000732A - An automatic segmentation method for object-based analysis using high resolution satellite imagery - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An automatic video allocation method is provided to create an effective allocation image by executing analysis based on the object of a high resolution satellite image. CONSTITUTION: A multi-spectral image(10) and a high resolution black and white image(20) are processed through an image convergence process in order to improve the spatial resolution of the multi-spectral image and the high resolution black and white image(100). An initial seed point is created(200). An initial image is allocated using the extracted seed point(300). Area mergence is executed in order to improve an initial image allocation result(400).

Description

고해상도 위성영상을 이용한 객체기반 분석을 위한 자동 영상분할 방법 {An automatic segmentation method for object-based analysis using high resolution satellite imagery}Automatic segmentation method for object-based analysis using high resolution satellite imagery

본 발명은 고해상도 위성영상을 이용한 객체기반 분석을 위한 자동 영상분할 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다양한 고해상도 위성영상의 객체기반 분석을 위한 효과적인 분할 영상을 생성할 수 있는, 고해상도 위성영상을 이용한 객체기반 분석을 위한 자동 영상분할 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an automatic image segmentation method for object-based analysis using high resolution satellite images, and more particularly, to an object using high resolution satellite images, which can generate an effective segmented image for object-based analysis of various high resolution satellite images. An automatic image segmentation method for based analysis.

일반적으로 영상의 공간해상도가 증가함에 따라 같은 개체라 할지라도 다양한 분광적 특성을 나타내고, 또한 공간적으로 상이한 형태를 보이기 때문에 고해상도 위성영상에서 의미 있는 정보를 추출하기 위해서는 기존의 중·저 해상도 영상처리 기법으로 많이 사용되어진 화소기반(pixel-based) 기법의 직접적인 적용은 무리가 있는 게 사실이다. 이를 보완하기 위해, 분류에 앞서 영상분할 과정을 통해 동일한 특성을 가지는 화소들을 객체(object) 혹은 세그먼트(Segment) 단위로 구분하고, 이들 객체의 특성정보를 고려하여 분류를 수행하는 객체 기반(Object-based)방법이 고해상도 영상에 적합한 분류방법으로 대두되고 있다. 이러한 객체 기반 분류방법의 경우, 영상분할과정을 통해 생성된 객체정보들의 정확도가 분류결과에 직접적인 영향을 주기 때문에 영상분할 과정은 객체기반 분류에 있어 매우 중요한 전처리 과정이라 할 수 있다.In general, as the spatial resolution of an image increases, even if the same object exhibits various spectral characteristics and spatially different shapes, existing medium and low resolution image processing techniques are required to extract meaningful information from high resolution satellite images. It is true that the direct application of the pixel-based technique, which is widely used as a technique, is unreasonable. To compensate for this, prior to classification, the pixels having the same characteristics are divided into object or segment units through the image segmentation process, and object-based classification is performed in consideration of the characteristic information of these objects. based) is emerging as a classification method suitable for high resolution images. In the object-based classification method, the image segmentation process is a very important preprocessing process in the object-based classification because the accuracy of the object information generated through the image segmentation process directly affects the classification result.

영상분할은 주어진 영상을 그 영상의 구성요소나 물체들의 집합으로 분리하는 작업을 말한다. 각 영역(Region)은 동질성(Homogeneity)과 연결성(Connectivity)을 만족시켜야 하며, 모든 분할된 영역의 합은 전체 영상을 구성하게 된다. 영상분할 방법은 크게 히스토그램기반 방법과 에지기반 방법(Edge-based approach) 그리고 영역기반 방법(Region-based approach)들로 나뉠 수 있는데, 히스토그램기반 기법들은 영상의 복잡도가 높은 위성영상에 적용하기에는 적합하지 않으며 에지기반 방법들은 기본적으로 영상의 에지정보만을 이용하기 때문에 영역의 연결성을 유지하기 위한 복잡한 후처리과정이 필요하다. 이에 위성영상에 적용된 영상분할 알고리즘은 주로 영역기반 방법에 기초를 두고 있으며, 그 중 대표적으로 유역(Watershed) 분할 알고리즘이 위성영상에 현재 활발히 적용되고 있다. 하지만 유역분할 알고리즘을 이용한 방법들은 기본적으로 영상의 에지정보만을 사용하기 때문에 분할의 정확도가 사용한 에지정보에 민감할 뿐 아니라 알고리즘의 특성상 위성영상의 다중분광 정보를 고려하지 못한다.Image segmentation refers to the task of separating a given image into a set of components or objects in the image. Each region must satisfy homogeneity and connectivity, and the sum of all divided regions constitutes the entire image. Image segmentation can be divided into histogram-based, edge-based, and region-based approaches. Histogram-based techniques are not suitable for application to satellite images with high image complexity. In addition, edge-based methods basically use only the edge information of the image, which requires complicated post-processing to maintain the connectivity of the region. The image segmentation algorithm applied to the satellite image is mainly based on the area-based method. Among them, the watershed segmentation algorithm is actively applied to the satellite image. However, because the method using the watershed segmentation algorithm basically uses only the edge information of the image, the accuracy of segmentation is not only sensitive to the edge information used but also does not consider the multispectral information of the satellite image due to the characteristics of the algorithm.

종래에 원격탐사 분야의 대부분의 응용프로그램에서 제공되는 위성영상 분할방법을 살펴보면, 영상을 화면상에 출력하여 분석자의 시각적인 판단에 의존하여 관심 객체에 시드(Seed)점을 부여한 후 영역을 확장시켜 나가는 반자동 기법과 주어진 영상에 히스토그램을 만들고 사용자가 임계치(Thresholding)를 결정하여 영상을 분할하는 단순한 방법을 제공하고 있는 실정이다.
Referring to the satellite image segmentation method provided by most applications in the field of remote sensing in the related art, the image is displayed on the screen, and the seed is given to the object of interest depending on the visual judgment of the analyst to expand the area. It provides an outgoing semi-automatic technique and a simple method of creating a histogram on a given image and the user segmenting the image by determining thresholding.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 고해상도 위성영상의 효과적인 사용을 위하여 영상의 다양한 특성정보를 이용한 위성영상 분할 방법론을 제공하는 데 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a satellite image segmentation methodology using various characteristic information of the image for the effective use of high resolution satellite image.

특히, 본 발명은 영역기반 영상 분할 방법에서 나타나는 초기 시드 포인트의 선택 및 방식에 따른 분할결과에 미치는 영향을 최소화시키는 문제, 영상분할 단계에서 입력영상의 다양한 특성정보(분광, 에지, 텍스처)를 통합시키는 문제, 초기 영상분할의 과분할(Over-segmentation)문제를 해결하고자 한다.
In particular, the present invention integrates various characteristics information (spectral, edge, texture) of the input image in the image segmentation step to minimize the influence on the segmentation result according to the selection and method of the initial seed point in the region-based image segmentation method. To solve this problem, over-segmentation of initial image segmentation is solved.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은To achieve these and other advantages and in accordance with the purpose of the present invention,

(a) 위성에서 제공되는 다중분광영상과 흑백영상이 입력자료로 메인 메모리에 입력되고, 상기 두 영상을 이용한 융합영상인 고해상도 다중분광영상의 제작이 그램슈미트(Gram-Schmidt) 기법이 포함된 메인 메모리 내의 프로그램을 이용해 수행되는 단계와;(a) The multispectral image and the black and white image provided from the satellite are input to the main memory, and the production of the high resolution multispectral image, which is a fusion image using the two images, is performed using the Gram-Schmidt technique. Performing using a program in memory;

(b) 상기 단계(a)의 융합영상의 개선이 다차원데이터를 고려할 수 있도록 수정된 최대 동질성 인접(Maximum Homogeneity Neighbour) 기법이 포함된 메인 메모리 내의 프로그램을 이용해 수행되고, 엔트로피 기반의 다중분광에지 추출연산자를 이용하여 다중분광영상의 모든 밴드(Band)정보를 통합한 에지정보가 추출되며, 텍스처 정보는 전도확률블럭차(Block Difference of Inverse Probabilities)알고리즘이 포함된 메인 메모리 내의 프로그램을 이용하여 흑백영상에서 추출되는 단계와;(b) The improvement of the fusion image of step (a) is performed by using a program in main memory including a modified maximum homogeneity neighbor technique to consider multidimensional data, and extracting entropy-based multispectral edges. Edge information combining all band information of multispectral image is extracted by using operator, and texture information is obtained by using program in main memory including Block Difference of Inverse Probabilities algorithm. Extracting from;

(c) 상기 단계(b)를 거친 개선된 융합영상과 에지영상이 사용자가 지정한 크기의 블록으로 나누어지고, 각 블록에 대하여 블록 내의 분광정보와 에지정보를 통합하여 생성된 균질지수(homogeneity index)가 계산되며, 상기 균질지수 값이 특정값 이상인 블록의 중심위치가 초기시드 포인트로 선택되어지되, 이는 메인 메모리 내의 프로그램을 이용해 수행되는 단계와;(c) The homogeneity index generated by combining the improved fusion image and the edge image which passed through step (b) into blocks of a user-specified size and integrating the spectral information and the edge information in the block for each block. A center position of a block whose homogeneity index value is greater than or equal to a specific value is selected as an initial seed point, which is performed by using a program in main memory;

(d) 상기 단계(c)에서의 초기시드 포인트와 MSRG 기법이 포함된 메인 메모리 내의 프로그램을 이용해 초기 영상분할이 수행되는 단계, 및(d) performing initial image segmentation using a program in the main memory including the initial seed point and the MSRG technique in step (c), and

(e) 상기 단계(d)의 초기 영상분할 결과를 개선하기 위해 영역인접그래프(Region Adjacency Graph; RAG)자료구조에 기반한 반복적 영역병합 과정이 포함된 메인 메모리 내의 프로그램을 이용해 최종 영상분할 결과 영상이 생성되는 단계로 구성되는 것을 그 기본 특징으로 한다.
(e) In order to improve the initial image segmentation result of step (d), the final image segmentation result image is generated using a program in the main memory including an iterative region merging process based on a region adjacency graph (RAG) data structure. The basic feature consists of the steps that are generated.

이상에서 살펴본, 본 발명인 고해상도 위성영상을 이용한 객체기반 분석을 위한 자동 영상분할 방법은 다양한 고해상도 위성영상의 객체기반 분석을 위한 효과적인 분할 영상을 생성할 수 있는 효과가 있다.As described above, the automatic image segmentation method for object-based analysis using the high resolution satellite image of the present invention has an effect of generating an effective segmented image for object-based analysis of various high resolution satellite images.

특히, 본 발명에서는 영역기반 영상 분할 방법에서 나타나는 초기 시드 포인트의 선택 및 방식에 따른 분할결과에 미치는 영향을 최소화시키고, 영상분할 단계에서 입력영상의 다양한 특성정보(분광, 에지, 텍스처)를 통합시키며, 초기 영상분할의 과분할(Over-segmentation)문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.
In particular, the present invention minimizes the influence on the segmentation result according to the selection and method of the initial seed point in the region-based image segmentation method, and integrates various characteristic information (spectral, edge, texture) of the input image in the image segmentation step. The over-segmentation problem of the initial image segmentation can be solved.

도 1 은 본 발명에 따른 과정의 개략적인 블록도를 나타낸 도면.
도 2 는 본 발명에 따른 자료 입력 및 전처리 단계를 나타낸 도면.
도 3 은 본 발명에 따른 자동 초기시드 포인트 생성 단계를 나타낸 도면.
도 4 는 본 발명에 따른 초기 영상분할을 수행하는 단계를 나타낸 도면.
도 5 는 본 발명에 따른 영역병합 단계를 나타낸 도면.
도 6 은 도 4 및 도 5를 이용하여 초기 영상분할과 영역병합의 일실시예를 나타낸 도면.
1 shows a schematic block diagram of a process according to the invention.
2 is a diagram illustrating a data input and preprocessing step according to the present invention.
3 is a view showing an automatic initial seed point generation step according to the present invention.
4 is a diagram illustrating a step of performing initial image segmentation according to the present invention.
5 illustrates a region merging step according to the present invention.
FIG. 6 illustrates an embodiment of initial image segmentation and region merging using FIGS. 4 and 5;

상기와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명하면 다음과 같다.When described in detail with reference to the accompanying drawings a preferred embodiment of the present invention configured as described above are as follows.

본 발명의 영상 분할 방법은 영역기반 분할 방법의 일반적인 접근법에 의거하여 영상분할에 앞서 영상품질 개선 및 분할에 필요한 특성(feature)정보 추출하는 전처리 단계, 영상 내에 의미 있는 초기 시드(Seed) 포인트 추출단계, 추출된 시드 포인트로부터 공간/분광 특성에 기반한 초기 영상분할 단계, 초기 영상분할 결과 향상을 위한 영역병합 단계로 분해하고 각 단계별로 대응되는 방법론을 통하여 영상 내에서 특성정보를 추출하여 적용한다.The image segmentation method of the present invention is a preprocessing step of extracting feature information necessary for image quality improvement and segmentation prior to image segmentation, and a meaningful initial seed point extraction step in the image, based on a general approach of the region-based segmentation method. From the extracted seed point, we decompose it into an initial image segmentation step based on spatial / spectral characteristics and a region merging step to improve initial image segmentation results, and extract and apply characteristic information in the image through a methodology corresponding to each stage.

도 1은 상기 발명의 구성을 바탕으로 제안하는 과정의 개략적인 블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명은 다중분광 영상(10)과 고해상도 흑백영상(20)의 두 영상 데이터의 입력 및 다중분광 영상의 공간해상도 향상을 위한 영상융합과정 및 전처리 단계(100), 영상분할 단계의 입력값으로 사용되는 초기시드 포인트 생성단계(200), 추출된 시드 포인트를 이용한 초기 영상분할을 수행하는 단계(300), 초기 영상분할 결과 향상을 위한 영역병합을 수행하는 단계(400)와 각각의 과정에서 사용되는 방법론으로 구성된다. 이들 단계별 목적은 아래와 같다.
1 is a schematic block diagram of a proposed process based on the configuration of the present invention. As shown in FIG. 1, the present invention provides an image fusion process and preprocessing step 100 for inputting two image data of a multispectral image 10 and a high resolution black and white image 20, and for improving spatial resolution of the multispectral image. Initial seed point generation step 200 used as an input value of the partitioning step, step of performing initial image segmentation using the extracted seed point 300, and performing region merging to improve initial image segmentation result 400. And the methodology used in each process. The purpose of these steps is as follows.

(100) 자료 입력 및 전처리 단계 : 고해상도 흑백영상과 다중분광영상을 동시에 제공하는 지오아이(Geoeye-1), 아이코노스(IKONOS-2), 퀵버드(Quickbird-2) 등과 같은 위성영상들의 효과적인 사용을 위하여 다중분광데이터의 공간해상도를 강제적으로 증가시키는 영상융합과정과 영상의 대비(Contrast)향상을 위한 전처리 과정을 수행한다. 또한 영상분할 단계에서 특성정보로 사용되어지는 에지정보와 텍스처(Texture) 정보를 생성한다.(100) Data input and preprocessing steps: Effective use of satellite images such as Geoeye-1, IKONOS-2, and Quickbird-2, which simultaneously provide high resolution black and white and multispectral images. For this purpose, the image fusion process forcibly increasing the spatial resolution of the multispectral data and the preprocessing process for improving the contrast of the image are performed. In addition, edge information and texture information used as characteristic information are generated in the image segmentation step.

(200) 자동 초기시드 포인트 생성 단계 : 상기 전처리과정을 통해 처리된 고해상도 다중분광영상의 분광정보와 에지정보를 통합한 균질지수(Homogeneity index)를 바탕으로 영상 전역에서 초기 시드포인트를 자동으로 추출하는 과정을 수행한다.(200) Automatic initial seed point generation step: Automatically extract the initial seed point from the entire image based on the homogeneity index (Homogeneity index) integrating the spectral information and edge information of the high-resolution multispectral image processed through the preprocessing Perform the process.

(300) 초기 영상분할을 수행하는 단계 : 앞서 추출된 초기시드정보를 이용하여 영상의 분광정보와 에지정보를 동시에 고려할 수 있게 수정 보완된 SRG(Seeded Region Growing, 이하 MSRG)기법을 이용하여 초기 영상분할을 수행한다.(300) Performing initial image segmentation: Initial image using SRG (Seeded Region Growing (MSRG)) technique, which is modified to allow simultaneous consideration of spectroscopic and edge information of the image using the initial seed information extracted earlier. Perform the split.

(400) 초기 영상분할 결과 향상을 위한 영역병합 단계 : 초기 분할결과는 분할영역이 지나치게 많이 발생하는 과분할(Over-segmentation)문제를 갖는다. 이러한 초기 분할결과를 개선하기 위해 영역인접그래프(Region Adjacency Graph, 이하 RAG) 자료구조에 기반한 영역병합과정을 수행한다.
(400) Region Merging Step for Improving Initial Image Segmentation: The initial segmentation result has an over-segmentation problem in which too many divisions occur. In order to improve this initial segmentation result, the region merging process based on the Region Adjacency Graph (RAG) data structure is performed.

이하에서는 이러한 영상분할 절차를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the image segmentation procedure will be described in detail.

1. 자료 입력 및 전처리 단계1. Data entry and preprocessing steps

고해상도 위성에서 제공하는 두 영상(10,20)은 동일한 좌표를 가지고 있음에도 불구하고 공간해상도 차이로 인하여 다중분광영상(10)의 크기는 흑백영상(20)에 대하여 두 영상간의 공간해상도 차이만큼 작은 영상으로 존재한다. 기존의 고해상도 위성영상을 이용한 대부분의 영상분할 기법들의 경우 해상도가 높은 흑백영상만을 이용하여 영상분할을 수행하여 왔다. 하지만 보다 정확한 영상분할을 위해서는 다중분광데이터의 분광정보 또한 사용하는 것이 바람직하다.Although the two images 10 and 20 provided by the high resolution satellite have the same coordinates, the size of the multispectral image 10 is small as the spatial resolution difference between the two images with respect to the black and white image 20 due to the spatial resolution difference. Exists as. Most image segmentation techniques using high resolution satellite images have been performed using only black and white images with high resolution. However, for more accurate image segmentation, it is preferable to use spectral information of multispectral data.

고해상도 다중분광영상 제작(분광정보 생성)을 위해, 고해상도 위성에서 제공하는 다중분광영상과 흑백영상을 입력자료로 하여 정확도 높은 융합기법으로 알려져 있는 그램슈미트(Gram-Schmidt) 기법을 이용하여 융합영상을 제작한다(101). 여기서, 상기 다중분광영상(10)과 흑백영상(20)은 전처리 과정을 위해 입력자료로 메인 메모리에 입력되어 지고, 융합영상인 고해상도 다중분광영상도 메인 메모리에 저장된다.For the production of high resolution multispectral images (spectral information generation), the fusion images are generated using the Gram-Schmidt technique, which is known as an accurate fusion technique, using multispectral and black and white images provided by high resolution satellites as input data. Produce (101). Here, the multispectral image 10 and the black and white image 20 are input to the main memory as input data for a preprocessing process, and the high resolution multispectral image, which is a fusion image, is also stored in the main memory.

한편, 상기 그램슈미트(Gram-Schmidt) 기법의 수행은 이를 컴퓨터로 수행하기 위해 프로그램 언어를 통해 직접 알고리즘을 코딩하여 메인 메모리 내에 저장된 프로그램에 의해 이루어진다.Meanwhile, the Gram-Schmidt technique is performed by a program stored in the main memory by coding an algorithm directly through a programming language in order to perform it by a computer.

1) 에지보존 영상개선 1) Edge preservation image improvement

일반적으로 융합영상의 경우 분광정보가 왜곡되어 융합영상의 색상이 변질되는 문제점을 갖는다. 이러한 문제는 향후 영상분할 단계에서 많은 문제점을 야기하므로 영상을 개선 시켜야 할 필요가 있다. 일반적인 영상 스무딩(Image Smoothing)기법의 경우 에지 영역에 심한 블러링(Blurring)이 발생하여 추후 에지 추출 과정에 영향을 미친다.In general, in the case of a fused image, the spectral information is distorted, and thus the color of the fused image is changed. This problem causes a lot of problems in the future image segmentation step, it is necessary to improve the image. In the case of the general image smoothing technique, severe blurring occurs in the edge region, which affects the edge extraction process later.

이러한 문제를 해결하기 위해 영상의 에지정보를 보존시키면서 다중분광 융합영상을 개선할 수 있도록 기존의 최대 동질성 인접(Maximum Homogeneity Neighbour) 기법을 다차원데이터를 고려할 수 있도록 수정하여 영상개선을 수행한다(102). 이 기법은 오각형 4개, 육각형 4개, 사각형 1개로 구성된 9개의 윈도우 마스크(Window Mask)를 이용하고, 영상개선은 이 9개의 윈도우 마스크 중에서 최대 동질성을 갖는 마스크의 평균분광벡터로 융합영상의 원래의 값을 대체하는 방법이다. 그 구체적인 실행 방법은 다음과 같다.In order to solve this problem, image enhancement is performed by modifying the existing maximum homogeneity neighbor technique to consider multidimensional data so as to improve the multispectral fusion image while preserving edge information of the image (102). . This technique uses nine window masks consisting of four pentagons, four hexagons, and one rectangle, and image enhancement is the mean spectral vector of the mask having the maximum homogeneity among the nine window masks. To replace the value of. The specific method of implementation is as follows.

① 우선 각 윈도우 마스크에 대해 평균 분광벡터(

Figure pat00001
)를 다음의 수학식 1로 계산한다.First, the mean spectral vector (
Figure pat00001
) Is calculated by the following equation.

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서, N은 사용된 윈도우 마스크의 개수를 나타내고, Sk는 윈도우 영역내에 포함된 화소들의 집합, f(i,j)는 i,j 지점의 화소의 분광벡터, m은 마스크 영역내에 포함된 화소들의 개수를 나타낸다.Where N denotes the number of window masks used, S k is a set of pixels included in the window region, f (i, j) is a spectral vector of the pixel at point i, j, and m is a pixel included in the mask region. Indicates the number of these.

② 다음의 수학식 2인 분산벡터(V(k))를 이용하여 각 윈도우 마스크 영역에 대한 동질성을 계산하여 분산벡터가 가장 큰 값을 갖는 윈도우 마스크의 평균 분광벡터로 원래의 분광벡터를 대체한다.② The homogeneity of each window mask area is calculated using the variance vector (V (k)) of Equation 2 below and the original spectral vector is replaced with the average spectral vector of the window mask having the largest dispersion vector. .

Figure pat00003
Figure pat00003

여기서, f(x,y)는 윈도우 마스크 중심 위치의 분광벡터이다.Here, f (x, y) is a spectral vector of the window mask center position.

③ 영상의 모든 화소에 대해 ①과②의 과정을 반복한다.③ Repeat steps ① and ② for all the pixels in the image.

여기서, 상기 영상개선 과정의 수행은 이를 컴퓨터로 수행하기 위해 프로그램 언어를 통해 직접 알고리즘을 코딩하여 메인 메모리 내에 저장된 프로그램에 의해 이루어진다.In this case, the image improvement process is performed by a program stored in the main memory by coding an algorithm directly through a programming language in order to perform this operation by a computer.

2) 다중분광 에지 추출 및 텍스처 정보 생성 2) Multispectral Edge Extraction and Texture Information Generation

영상의 에지정보와 텍스처 정보는 영상의 기하학적인 구조와 공간적 정보를 포함하고 있으므로 초기 시드포인트 추출 및 영상분할 단계에 유용한 정보로 사용될 수 있다.Since the edge and texture information of the image includes the geometric structure and spatial information of the image, it can be used as useful information for the initial seed point extraction and image segmentation.

에지정보의 경우 일반적으로 고해상도 흑백영상(20)을 이용하여 추출하는데 에지검출 오류와 연속적인 경계선의 일부가 끊기는 문제가 자주 발생한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 엔트로피 기반의 다중분광에지 추출연산자를 이용하여 다중분광영상의 모든 밴드(Band)정보를 통합한 에지정보를 추출한다(103). 단일 밴드의 특정 윈도우 마스크 영역 안의 엔트로피 측정치(E)는 다음과 수학식 3과 같이 정의된다.Edge information is generally extracted by using the high resolution black and white image 20. However, the edge detection error and a part of the continuous boundary are frequently broken. In order to solve this problem, edge information integrating all band information of a multispectral image is extracted using an entropy-based multispectral edge extraction operator (103). The entropy measurement E in a specific window mask region of a single band is defined as in Equation 3 below.

Figure pat00004
Figure pat00004

여기서, ai는 윈도우 영역내에 존재하는 n개의 이웃화소들의 화소값을 나타내고, pi는 그의 확률값을 나타낸다. 위의 엔트로피 측정치를 다차원 분광특징공간으로 확장한 결과는 다음의 수학식 4와 같이 개별차원의 엔트로피 측정치들의 선형결합으로 나타내어진다.Here, a i represents a pixel value of n neighboring pixels existing in the window area, and p i represents a probability value thereof. The result of extending the above entropy measurement to the multidimensional spectral feature space is expressed as a linear combination of entropy measurements of individual dimensions as shown in Equation 4 below.

Figure pat00005
Figure pat00005

여기서, bk는 윈도우 중심화소의 화소값을 나타내고 qk는 그의 확률값, 그리고 N은 영상의 밴드수를 나타낸다. 상기 에지강도(H)는 0부터 1사이의 값을 갖고 값이 클수록 강한 에지정보를 표현하는 것이고 각각의 화소위치에 할당된다.Here, b k represents the pixel value of the window center pixel, q k represents its probability value, and N represents the number of bands of the image. The edge strength H has a value between 0 and 1, and a larger value represents stronger edge information and is assigned to each pixel position.

텍스처 정보의 경우 영상의 에지와 국부적인 특성을 잘 반영하는 전도확률블럭차(Block Difference of Inverse Probabilities, 수학식 5)알고리즘을 이용하여 고해상도 흑백영상에서 추출하고(104) 각각의 화소위치에 할당된다(도 2).Texture information is extracted from a high resolution black and white image using a Block Difference of Inverse Probabilities (5) algorithm that well reflects the edge and local characteristics of the image (104) and is assigned to each pixel position. (FIG. 2).

Figure pat00006
Figure pat00006

여기서, B 는 사용자가 지정한 고정된 블록영역안의 화소들의 집합, f(i,j)은 (i,j)지점에서의 밝기값(intensity), M은 블록사이즈를 나타낸다.Here, B denotes a set of pixels in a fixed block area designated by a user, f (i, j) denotes an intensity at (i, j), and M denotes a block size.

또한, 상기 다중분광 에지추출 및 텍스처 정보 생성의 수행도 이를 컴퓨터로 수행하기 위해 프로그램 언어를 통해 직접 알고리즘을 코딩하여 메인 메모리 내에 저장된 프로그램에 의해 이루어진다.
In addition, the multispectral edge extraction and the texture information generation are also performed by a program stored in the main memory by coding an algorithm directly through a programming language in order to perform this by a computer.

2. 자동 2. Automatic 초기시드Initial seed 포인트 생성 단계 Point creation step

대다수 영역기반의 영상분할 방법과 마찬가지로 본 발명에서 제안한 MSRG 기법 또한 초기시드 포인트의 선택에 따라 다른 분할 결과를 가져올 수 있다. 특히, 초기시드가 칼라의 변화가 심한 에지부분에 놓일 경우, 서로 다른 객체들과 병합될 수 있기 때문에 잘못된 분할결과가 발생될 수 있다. 따라서 MSRG 기법을 통한 성공적인 영상분할을 수행하기 위해서는 영상에서 의미있는 초기시드 포인트를 추출하는 것이 가장 중요하다.As with most region-based image segmentation methods, the MSRG scheme proposed in the present invention may produce different segmentation results depending on the selection of initial seed points. In particular, when the initial seed is placed at the edge where the color change is severe, erroneous splitting may occur because it may be merged with different objects. Therefore, in order to perform successful image segmentation using MSRG, it is most important to extract meaningful initial seed points from the image.

자동 초기시드 포인트 추출을 위해, 초기 입력영상(119,129)들을 사용자가 지정한 크기의 블록으로 나누고(201), 각 블록에 대하여 블록 내의 분광정보와 에지정보를 통합하여 생성된 균질지수(homogeneity index)를 계산하고(202), 이 값이 특정값 이상인 블록의 중심위치를 초기시드 포인트로 선택한다(219). 여기서 상기 특정값인 임계값의 설정은 전문가의 경험과 주관적인 판단을 바탕으로 설정 가능하지만 다양한 실험결과 0.8~1 사이의 값을 설정했을 때 신뢰할 만한 결과를 도출할 수 있다. 도 3은 이에 대한 자세한 세부과정을 나타낸다.For automatic initial seed point extraction, the initial input images 119 and 129 are divided into blocks of a user-specified size (201), and the homogeneity index generated by integrating the spectral information and the edge information in the block for each block is obtained. In operation 202, a center position of a block having a value equal to or greater than a specific value is selected as an initial seed point (219). Here, the threshold value, which is a specific value, may be set based on the expert's experience and subjective judgment, but a reliable result may be obtained when a value between 0.8 and 1 is set for various experimental results. 3 shows a detailed process thereof.

초기 M×N 크기의 입력영상을 p×q 크기의 블록으로 나누면 원영상은 m×n(m=[M/p], n=[N/q])개의 블록으로 분할되고 각 블록의 균질 지수는 블록내의 특성(feature)정보들의 정규화된 전체 표준편차(normalized total standard deviation)정보로부터 유도한다. 우선 각 블록 내의 다중분광 이미지정보에 대한 정규화된 전체 표준편차 σNTS 는 다음의 수학식 6과 같이 정의된다.When the initial M × N size input image is divided into p × q size blocks, the original image is divided into m × n (m = [M / p], n = [N / q]) blocks, and the homogeneity index of each block is Is derived from normalized total standard deviation information of feature information in a block. First, the normalized total standard deviation σ NTS for multispectral image information in each block is defined as in Equation 6 below.

Figure pat00007
Figure pat00007

여기서, σtotal은 블록내의 밴드별 표준편차의 총합을 나타내고,Where σ total represents the sum of the standard deviations for each band in the block,

σmax=max(σi) 는 다중분광이미지의 전체 밴드별 표준편차 중 가장 큰 값을 나타낸다. 각 블록 내 에지정보에 대한 정규화된 전체 표준편차 σETS는 다음의 수학식 7과 같이 정의된다.σ max = max (σ i ) represents the largest value among the band-specific standard deviations of the multispectral image. The normalized total standard deviation σ ETS for edge information in each block is defined as in Equation 7 below.

Figure pat00008
Figure pat00008

여기서, σblock은 블록 내의 표준편차, σEdgemap은 에지영상의 전체 표준편차를 각각 나타낸다. 각 블록에 대한 σETS, σNTS는 0 부터 1사이의 값을 갖고, 값이 클수록 해당영역의 불균질의 정도가 높다 할 수 있다.Here, sigma block represents the standard deviation in the block, and sigma edgemap represents the total standard deviation of the edge image, respectively. Σ ETS and σ NTS for each block have a value between 0 and 1, and the larger the value, the higher the degree of heterogeneity of the corresponding region.

다중분광 이미지의 분광정보와 에지정보를 통합한 각 블록의 균질지수 HI를 다음의 수학식 8과 같이 정의한다.The homogeneity index HI of each block integrating the spectral information and the edge information of the multispectral image is defined as in Equation 8 below.

Figure pat00009
Figure pat00009

균질지수 HI 또한 0부터 1사이의 값을 갖고, 값이 클수록 해당영역이 균질함을 나타낸다.The homogeneity index HI also has a value between 0 and 1, with a larger value indicating that the region is homogeneous.

여기서도, 상기 초기시드 포인트 생성 과정의 수행은 이를 컴퓨터로 수행하기 위해 프로그램 언어를 통해 직접 알고리즘을 코딩하여 메인 메모리 내에 저장된 프로그램에 의해 이루어진다.
Here, the initial seed point generation process is performed by a program stored in the main memory by coding an algorithm directly through a programming language in order to perform this process by a computer.

3. 초기 영상분할을 수행하는 단계3. Performing initial image segmentation

SRG 영상분할은 초기시드 포인트로부터 유사한 성질을 가지는 이웃화소들을 그룹화하여 점차적으로 영역을 병합시켜 나가는 방법으로 전체적인 영역 확장은 모든 화소가 병합기준에 따라 영역들에 포함될 때까지 반복적으로 수행된다. 아담스(Adams,1994)는 SRG 알고리즘 구현에 있어 집합 T의 원소들을 정렬을 위해 단순 연결리스트 구조인 순차적 정렬 리스트(Sequentially Sorted List: SSL)를 자료구조로 사용하였고 이웃하는 화소들과 유사성을 판단하는 기준함수로는 그레이 레벨에서의 화소값의 차이를 이용하였다. 하지만 리스트 자료구조(data structure)인 SSL은 SRG 영역성장의 매 단계마다 발생하는 자료의 삽입 및 정렬시, 메모리 관리가 복잡해지고 자료의 양이 증가할 수록 처리속도가 느려지는 단점을 갖는다.SRG image segmentation is a method of gradually merging regions by grouping neighboring pixels having similar properties from an initial seed point. Overall region expansion is repeatedly performed until all pixels are included in regions according to merging criteria. Adams (1994) used Sequentially Sorted List (SSL), a simple linked list structure, to sort the elements of set T in order to implement the SRG algorithm. As a reference function, the difference of the pixel value in gray level was used. However, SSL, which is a list data structure, has the disadvantages of complicated memory management and slow processing as the amount of data increases when inserting and sorting data generated at every stage of SRG domain growth.

이러한 문제를 해결하기 위해, 효율적인 메모리 관리와 처리속도 개선을 위해 자료의 우선순위에 중요도에 따라 대기열 안에서의 자료의 위치를 저장 관리하는 자료구조인 우선순위 대기열(priority queue: PQ)을 사용하고, 그 구현에 있어 자료의 삽입 및 삭제 시에 모든 자료의 정렬이 자동으로 이루어지는 특별한 이진 트리 형태인 힙(heap)을 이용한다. 또한 자료의 우선순위를 판단하는 비용함수를

Figure pat00010
로 설정하고, 단순 밝기값의 차이를 이용하는 기존기법과는 달리 분광정보 뿐 아니라 에지정보를 고려할 수 있도록 다음의 수학식 9와 같이 정의한다.To solve this problem, we use priority queue (PQ), a data structure that stores and manages the position of data in the queue according to the priority of data for efficient memory management and processing speed improvement. The implementation uses a heap, a special binary tree that automatically sorts all data when inserting and deleting data. In addition, the cost function to determine the priority of the data
Figure pat00010
Unlike the existing technique using the difference of the simple brightness value, it is defined as in Equation 9 so that edge information as well as spectral information can be considered.

Figure pat00011
Figure pat00011

여기서,

Figure pat00012
Figure pat00013
는 각각 영역의 평균벡터와 인접한 이웃화소의 벡터를 나타내고, Gc와 Gp는 해당영역의 평균 에지강도와 이웃화소의 에지강도를 나타낸다. 구체적인 실행과정은 아래의 과정, 즉, 도 4와 같고, 도 6의 (b)는 상기 방법론이 실제 자료에 적용되었을 때의 예시를 보여준다.here,
Figure pat00012
Wow
Figure pat00013
Denote the vectors of neighboring pixels adjacent to the mean vector of the regions, respectively, and G c and G p denote the edge strengths of the neighboring pixels and the mean edge strength of the corresponding regions. The specific execution process is the following process, that is, as shown in Figure 4, Figure 6 (b) shows an example when the methodology is applied to the actual data.

① 모든 초기시드포인트를 우선순위 대기열에 삽입① Insert all initial seed points into the priority queue

② 우선순위 대기열에서 비용함수

Figure pat00014
가 가장 낮은 초기시드포인트 데이터를 추출② Cost function in the priority queue
Figure pat00014
The lowest initial seedpoint data

③ 상기 ②번에서 추출한 초기시드포인트 데이터 영역할당여부를 체크하고 영역정보(분광, 에지)갱신③ Check the initial seed point data area allocation extracted in step ② and update the area information (spectral, edge).

④ 상기 ②번에서 추출된 초기시드포인트 데이터와 인접한 8방향의 화소들에 대해 비용함수

Figure pat00015
를 계산하여 다시 우선순위 대기열에 삽입④ Cost function for pixels in 8 directions adjacent to initial seed point data extracted in step ②
Figure pat00015
Is calculated and put back into the priority queue

⑤ 우선순위 대기열이 공집합이 될 때 까지 ②-④과정을 반복 ⑤ Repeat steps ②-④ until the priority queue becomes empty.

한편, 상기 MSRG 과정을 수행한 초기영상분할결과는 초기시드포인트 개수와 같은 수의 영역들로 전체 영상이 분할되므로 도 6의 (b)에서 볼 수 있듯이 과분할 문제를 가지고 있고, 상기 MSRG 과정의 수행은 이를 컴퓨터로 수행하기 위해 프로그램 언어를 통해 직접 알고리즘을 코딩하여 메인 메모리 내에 저장된 프로그램에 의해 이루어진다.
On the other hand, the initial image segmentation result of performing the MSRG process has a problem of over-division, as shown in (b) of FIG. 6, since the entire image is divided into the same number of regions as the initial seed point number. The execution is done by a program stored in main memory by coding the algorithm directly via a programming language to do this with a computer.

4. 초기 영상분할 결과 향상을 위한 영역병합 단계4. Region Merging Stage to Improve Initial Image Segmentation

MSRG 기반의 초기영상분할 결과는 여전히 분할영역이 지나치게 많이 발생하는 과분할 (over-segmentation)문제를 갖는다. 이러한 초기 영상분할 결과를 개선하기 위해 본 발명에서는 영역인접그래프(Region Adjacency Graph; RAG)자료구조에 기반한 반복적 영역병합 과정을 이용하여 최종분할 결과 영상을 생성한다. 영역인접 그래프 자료구조는 그래프 노드(graph node)에 분할된 영역을 할당하고 그래프 에지(graph edge)에 인접한 두 분할영역 사이의 상이함을 나타내는 비용을 할당하는 가중치 그래프이다. 인접한 두 영역 사이의 상이함을 나타내는 비용(수학식 10)을 분광정보와 텍스처 정보를 통합하여 계산하고 그 값을 에지에 할당한다.The MSRG-based initial segmentation result still has an over-segmentation problem in which too many partitions are generated. In order to improve the initial image segmentation result, the present invention generates a final segmentation result image using an iterative region merging process based on a region adjacency graph (RAG) data structure. An adjacency graph data structure is a weighted graph that allocates a segmented region to a graph node and assigns a cost that indicates the difference between two partitions adjacent to a graph edge. The cost (Equation 10) representing the difference between two adjacent regions is calculated by integrating the spectral information and the texture information, and the value is assigned to the edge.

Figure pat00016
Figure pat00016

여기서 CD(Ri,Rj)는 영역 Ri 와 Rj간의 평균 분광벡터의 차이를 반영하는 함수, TD(Ri,Rj)은 영역 Ri 와 Rj 간의 텍스처 강도 차이를 반영하는 함수를 나타내고 N은 영상의 밴드수를 나타낸다. CD(Ri,Rj)와 TD(Ri,Rj) 값의 변동(variation)을 조절하기 위해 데이터 정규화과정을 수행하였기 때문에 Hf(Ri,Rj)값의 범위는 0~1사이의 값을 갖는다.Where CD (R i , R j ) is the region R i Is a function that reflects the difference in the mean spectral vectors between and R j , where TD (R i , R j ) is the region R i And R j The function reflects the difference in the texture intensity between and N represents the number of bands in the image. The range of Hf (R i , R j ) values is between 0 and 1 because data normalization is performed to adjust the variation of CD (R i , R j ) and TD (R i , R j ) values. Has the value of.

인접영역의 병합조건의 임계치를 설정하여 임계치보다 작은 영역들에 대해 Hf(Ri,Rj) 가 최소가 되는 인접영역으로 병합을 수행한다. 임계치 설정은 다양한 실험결과 0.3 이하의 값에서 신뢰할 만한 결과를 도출하지만 전문가의 경험에 의하여 설정가능하다. 매 영역병합 수행 후 결합된 영역과 연결된 모든 에지의 비용 및 RAG 정보를 갱신하고 더 이상 병합이 발생하지 않을 때까지 반복하여 최종분할 영상을 제작한다. 구체적인 실행과정은 아래의 과정, 즉, 도 5와 같고, 도 6의 (c)는 상기 방법론이 실제 자료에 적용되었을 때의 예시를 보여준다.By setting the threshold of the merge condition of the adjacent region, the merge is performed to the adjacent region where Hf (R i , R j ) becomes the minimum for the regions smaller than the threshold. Threshold settings yield reliable results at values below 0.3 for various experiments, but can be set by expert experience. After each region merging, the cost and RAG information of all edges connected to the combined region are updated, and the final segmented image is produced by repeating until no further merge occurs. The specific execution process is the following process, that is, as shown in Figure 5, Figure 6 (c) shows an example when the methodology is applied to the actual data.

① 초기 영상분할결과를 이용한 RAG의 작성① Preparation of RAG using initial image segmentation result

② 영역별 평균분광벡터와 텍스처 강도 계산② Calculation of average spectroscopic vector and texture intensity

③ RAG를 통한 영역 Ri 의 모든 인접영역 선택③ Select all adjacent regions of region R i through RAG

④ 분광벡터와 텍스처 정보를 통합한 측정지수 Hf(Ri,Rj)에 의한 영역 Ri과 인접영역사이의 병합여부 결정④ Determination of merging between region R i and adjacent region by measurement index Hf (R i , R j ) integrating spectral vector and texture information

⑤ 영역 Ri과 병합되는 영역 Rj가 존재할 경우 다음의 정보를 갱신⑤ if present, the region R i and R j are merged area updates the following information:

- 영역 Rj의 인접영역정보를 영역 Ri의 인접영역정보에 추가 -Add neighboring region information of region R j to neighboring region information of region R i

- 영역 Ri및 Rj의 평균분광벡터를 평균하여 영역 Ri의 평균분광벡터와 텍스처 강도 갱신-Update the mean spectral vector and texture intensity of the region R i by averaging the mean spectral vectors of the regions R i and R j

⑥ 영역 Rj의 인접영역을 삭제⑥ Delete the adjacent area of area R j

⑦ 모든 영역에 대해 ③-⑥번 과정을 반복⑦ Repeat steps ③-⑥ for all areas.

⑧ 영역병합이 더 이상 발생하지 않을 때까지 ③-⑦번 과정을 반복⑧ Repeat process ③-⑦ until no more area merge occurs.

또한, 상기 과정의 수행은 이를 컴퓨터로 수행하기 위해 프로그램 언어를 통해 직접 알고리즘을 코딩하여 메인 메모리 내에 저장된 프로그램에 의해 이루어진다.In addition, the process is performed by a program stored in the main memory by coding an algorithm directly through a programming language to perform this with a computer.

상기에서는 본 발명에 대한 특정의 바람직한 실시예를 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것은 아니고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 요지를 벗어남이 없이 다양하게 변경시킬 수 있을 것이다.While specific preferred embodiments of the present invention have been illustrated and described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and a person skilled in the art to which the present invention pertains has the technical gist of the present invention. Various changes can be made without departing.

Claims (6)

(a) 위성에서 제공되는 다중분광영상과 흑백영상이 입력자료로 메인 메모리에 입력되고, 상기 두 영상을 이용한 융합영상인 고해상도 다중분광영상의 제작이 그램슈미트(Gram-Schmidt) 기법이 포함된 메인 메모리 내의 프로그램을 이용해 수행되는 단계와;
(b) 상기 단계(a)의 융합영상의 개선이 다차원데이터를 고려할 수 있도록 수정된 최대 동질성 인접(Maximum Homogeneity Neighbour) 기법이 포함된 메인 메모리 내의 프로그램을 이용해 수행되고, 엔트로피 기반의 다중분광에지 추출연산자를 이용하여 다중분광영상의 모든 밴드(Band)정보를 통합한 에지정보가 추출되며, 텍스처 정보는 전도확률블럭차(Block Difference of Inverse Probabilities)알고리즘이 포함된 메인 메모리 내의 프로그램을 이용하여 흑백영상에서 추출되는 단계와;
(c) 상기 단계(b)를 거친 개선된 융합영상과 에지영상이 사용자가 지정한 크기의 블록으로 나누어지고, 각 블록에 대하여 블록 내의 분광정보와 에지정보를 통합하여 생성된 균질지수(homogeneity index)가 계산되며, 상기 균질지수 값이 특정값 이상인 블록의 중심위치가 초기시드 포인트로 선택되어지되, 이는 메인 메모리 내의 프로그램을 이용해 수행되는 단계와;
(d) 상기 단계(c)에서의 초기시드 포인트와 MSRG 기법이 포함된 메인 메모리 내의 프로그램을 이용해 초기 영상분할이 수행되는 단계, 및
(e) 상기 단계(d)의 초기 영상분할 결과를 개선하기 위해 영역인접그래프(Region Adjacency Graph; RAG)자료구조에 기반한 반복적 영역병합 과정이 포함된 메인 메모리 내의 프로그램을 이용해 최종 영상분할 결과 영상이 생성되는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 고해상도 위성영상을 이용한 객체기반 분석을 위한 자동 영상분할 방법.
(a) The multispectral image and the black and white image provided from the satellite are input to the main memory, and the production of the high resolution multispectral image, which is a fusion image using the two images, is performed using the Gram-Schmidt technique. Performing using a program in memory;
(b) The improvement of the fusion image of step (a) is performed by using a program in main memory including a modified maximum homogeneity neighbor technique to consider multidimensional data, and extracting entropy-based multispectral edges. Edge information combining all band information of multispectral image is extracted by using operator, and texture information is obtained by using program in main memory including Block Difference of Inverse Probabilities algorithm. Extracting from;
(c) The homogeneity index generated by combining the improved fusion image and the edge image which passed through step (b) into blocks of a user-specified size and integrating the spectral information and the edge information in the block for each block. A center position of a block whose homogeneity index value is greater than or equal to a specific value is selected as an initial seed point, which is performed by using a program in main memory;
(d) performing initial image segmentation using a program in the main memory including the initial seed point and the MSRG technique in step (c), and
(e) In order to improve the initial image segmentation result of step (d), the final image segmentation result image is generated using a program in the main memory including an iterative region merging process based on a region adjacency graph (RAG) data structure. Automatic image segmentation method for object-based analysis using high resolution satellite image, characterized in that the step consisting of generating.
제 1 항에 있어서,
상기 단계(b)의 수정된 최대 동질성 인접 기법은
(f) 오각형 4개, 육각형 4개, 사각형 1개로 구성된 9개의 각 윈도우 마스크에 대해 다음의 수학식이 포함된 메인 메모리 내의 프로그램을 이용해 평균 분광벡터(
Figure pat00017
)가 계산되는 단계와;
Figure pat00018

(여기서, N은 사용된 윈도우 마스크의 개수, Sk는 윈도우 영역내에 포함된 화소들의 집합, f(i,j)는 i,j 지점의 화소의 분광벡터, m은 마스크 영역내에 포함된 화소들의 개수)
(g) 다음의 수학식이 포함된 메인 메모리 내의 프로그램을 이용해 분산벡터(V(k))가 가장 큰 값을 갖는 윈도우 마스크의 평균 분광벡터로 융합영상의 원래의 분광벡터가 대체되는 단계, 및
Figure pat00019

(여기서, f(x,y)는 윈도우 마스크 중심 위치의 분광벡터)
(h) 상기 단계(f)와 (g)가 영상의 모든 화소에 대해 반복되는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 고해상도 위성영상을 이용한 객체기반 분석을 위한 자동 영상분할 방법.
The method of claim 1,
The modified maximum homogeneous neighborhood technique of step (b)
(f) For each of the nine window masks consisting of four pentagons, four hexagons, and one rectangle, use the program in main memory containing the equation
Figure pat00017
) Is calculated;
Figure pat00018

Where N is the number of window masks used, S k is the set of pixels contained in the window area, f (i, j) is the spectral vector of the pixel at point i, j, and m is the number of pixels contained in the mask area. Count)
(g) replacing the original spectral vector of the fused image with the average spectral vector of the window mask having the largest value of the variance vector V (k) using a program in the main memory including the following equation, and
Figure pat00019

(Where f (x, y) is the spectral vector at the center of the window mask)
(h) the automatic image segmentation method for object-based analysis using high resolution satellite images, wherein the steps (f) and (g) are repeated for all the pixels of the image.
제 1 항에 있어서,
상기 단계(b)의 에지 정보 추출은 다음의 수학식, 즉,
Figure pat00020
(여기서, bk는 윈도우 중심화소의 화소값, qk는 그의 확률값, 그리고 N은 영상의 밴드수,
Figure pat00021
, ai는 윈도우 영역내에 존재하는 n개의 이웃화소들의 화소값, pi는 그의 확률값)이 포함된 메인 메모리 내의 프로그램을 이용해 수행되고,
텍스처 정보의 추출은 다음의 수학식, 즉,
Figure pat00022
(여기서, B 는 사용자가 지정한 고정된 블록영역안의 화소들의 집합, f(i,j)은 (i,j)지점에서의 밝기값(intensity), M은 블록사이즈)이 포함된 메인 메모리 내의 프로그램을 이용해 수행되는 것을 특징으로 하는 고해상도 위성영상을 이용한 객체기반 분석을 위한 자동 영상분할 방법.
The method of claim 1,
Edge information extraction of step (b) is the following equation, that is,
Figure pat00020
Where b k is the pixel value of the window center pixel, q k is its probability value, and N is the number of bands in the image,
Figure pat00021
, a i is a pixel value of n neighboring pixels existing in the window region, and p i is a program in main memory including the probability value thereof.
Extraction of texture information is given by the following equation,
Figure pat00022
Where B is a set of pixels within a fixed block area specified by the user, f (i, j) is the intensity at (i, j), and M is the block size. Automatic image segmentation method for object-based analysis using a high resolution satellite image, characterized in that performed by using.
제 1 항에 있어서,
상기 단계(c)의 균질지수(HI)의 계산은 다음의 수학식, 즉,
Figure pat00023
(여기서,
Figure pat00024
, σblock은 블록 내의 표준편차, σEdgemap은 에지영상의 전체 표준편차,
Figure pat00025
, σtotal은 블록내의 밴드별 표준편차의 총합, σmax=max(σi) 는 다중분광이미지의 전체 밴드별 표준편차 중 가장 큰 값)이 포함된 메인 메모리 내의 프로그램을 이용하고, 상기 특정값인 임계값은 0.8~1 사이의 값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 고해상도 위성영상을 이용한 객체기반 분석을 위한 자동 영상분할 방법.
The method of claim 1,
The calculation of the homogeneity index (HI) of the step (c) is the following equation, that is,
Figure pat00023
(here,
Figure pat00024
, σ block is the standard deviation within the block , σ Edgemap is the overall standard deviation of the edge image,
Figure pat00025
σ total is the sum of the standard deviations per band in the block, and σ max = max (σ i ) is the largest value of the standard deviations per band of the multispectral image). The threshold value is set to a value between 0.8 ~ 1 Automatic image segmentation method for object-based analysis using a high-resolution satellite image.
제 1 항에 있어서,
상기 단계(d)의 MSRG 기법은
(i) 모든 초기시드포인트가 우선순위 대기열에 삽입되는 단계와;
(j) 우선순위 대기열에서 비용함수
Figure pat00026
(여기서,
Figure pat00027
Figure pat00028
는 각각 영역의 평균벡터와 인접한 이웃화소의 벡터, Gc와 Gp는 해당영역의 평균 에지강도와 이웃화소의 에지강도)가 가장 낮은 초기시드포인트 데이터가 추출되는 단계와;
(k) 상기 단계(j)에서 추출된 초기시드포인트 데이터 영역할당여부를 체크하고 영역정보(분광, 에지)갱신되는 단계와;
(l) 상기 단계(j)에서 추출된 초기시드포인트 데이터와 인접한 8방향의 화소들에 대해 비용함수
Figure pat00029
를 계산하여 다시 우선순위 대기열에 삽입되는 단계, 및
(m) 우선순위 대기열이 공집합이 될 때 까지 상기 단계(j) 내지 (l)과정이 반복되는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 고해상도 위성영상을 이용한 객체기반 분석을 위한 자동 영상분할 방법.
The method of claim 1,
The MSRG technique of step (d)
(i) inserting all initial seedpoints into a priority queue;
(j) Cost function in priority queue
Figure pat00026
(here,
Figure pat00027
Wow
Figure pat00028
Extracting initial seed point data having the lowest average vector strength of the region and neighboring pixels, G c and G p are the average edge strength of the corresponding region and the edge strength of the neighboring pixel, respectively;
(k) checking the initial seed point data area allocation extracted in the step (j) and updating area information (spectral, edge);
(l) Cost function for pixels in eight directions adjacent to the initial seed point data extracted in step (j)
Figure pat00029
Is calculated and inserted back into the priority queue, and
(m) The automatic image segmentation method for object-based analysis using high resolution satellite images, characterized in that the steps (j) to (l) are repeated until the priority queue becomes empty.
제 1 항에 있어서,
상기 단계(e)의 영역병합 과정은
(n) 초기 영상분할결과를 이용한 영역인접그래프(RAG)가 작성되는 단계와;
(o) 영역별 평균분광벡터와 텍스처 강도가 계산되는 단계와;
(p) 상기 단계(n)의 영역인접그래프(RAG)를 통한 영역 Ri 의 모든 인접영역이 선택되는 단계와;
(q) 상기 단계(o)의 분광벡터와 텍스처 정보를 통합한 측정지수
Figure pat00030
(여기서 CD(Ri,Rj)는 영역 Ri 와 Rj간의 평균 분광벡터의 차이를 반영하는 함수, TD(Ri,Rj)은 영역 Ri 와 Rj 간의 텍스처 강도 차이를 반영하는 함수, N은 영상의 밴드수)에 의한 영역 Ri과 인접영역 사이의 병합여부가 결정되어 지되, 인접영역의 병합조건의 임계치를 설정하여 임계치보다 작은 영역들에 대해 상기 Hf(Ri,Rj) 가 최소가 되는 인접영역으로 병합이 수행되고 상기 Hf(Ri,Rj)의 임계치는 0~0.3 사이의 값으로 설정되는 단계와;
(r) 영역 Ri과 병합되는 영역 Rj가 존재할 경우, 영역 Rj의 인접영역정보를 영역 Ri의 인접영역정보에 추가하고 영역 Ri및 Rj의 평균분광벡터를 평균하여 영역 Ri의 평균분광벡터와 텍스처 강도가 갱신되는 단계와;
(s) 영역 Rj의 인접영역이 삭제되는 단계와;
(t) 모든 영역에 대해 상기 단계(p) 내지 (s) 과정이 반복되는 단계, 및
(u) 영역병합이 더 이상 발생하지 않을 때까지 상기 단계(p) 내지 (t) 과정이 반복되는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 고해상도 위성영상을 이용한 객체기반 분석을 위한 자동 영상분할 방법.
The method of claim 1,
The area merging process of step (e)
(n) generating a region adjacent graph (RAG) using the initial image segmentation result;
(o) calculating average spectral vectors and texture intensities for each region;
(p) selecting all adjacent regions of the region R i through the region adjoining graph RAG in step (n);
(q) Measurement index integrating spectral vector and texture information of step (o)
Figure pat00030
Where CD (R i , R j ) is the region R i Is a function that reflects the difference in the mean spectral vectors between and R j , where TD (R i , R j ) is the region R i And R j A function that reflects the difference in texture intensity between N, where N is the merged area between R i and the adjacent area based on the number of bands of the image, and is determined. Merging is performed to an adjacent region where Hf (R i , R j ) is minimum and setting a threshold of Hf (R i , R j ) to a value between 0 and 0.3;
(r) region R i and being merged area if there is R j, region R j adding the adjacent region information to the adjacent region information of the region R i and region R i and R j average spectral vector average to region R i of the Updating the mean spectral vector and the texture intensity of;
(s) deleting the adjacent region of region R j ;
(t) repeating steps (p) to (s) for all regions, and
(u) The automatic image segmentation method for object-based analysis using high resolution satellite images, characterized in that the steps (p) to (t) are repeated until the region merging no longer occurs.
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